內(nèi)容編輯目前國內(nèi)外以煤為原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品的工廠中，采用了各種煤氣化工藝，如常壓固定床間歇氣化、魯奇碎煤加壓氣化、粉煤流化床氣化、粉煤氣流床氣化，包括Shell 爐、GSP、Texaco 爐等等，各種氣化方法均有其各自的優(yōu)缺點，對原料煤的品質(zhì)均有一定的要求，其工藝的先井性、技術(shù)成熟程度互有差異。
煤氣化技術(shù)經(jīng)過150 多年的發(fā)展，形成了上百種爐型，工業(yè)化的爐型十余種，有代表的工業(yè)化煤氣化爐型有：固定床UGI 爐、Lurgi 爐、BGL（熔渣固定床）爐；流化床（Winkler 爐、HTw 爐、U-Gas 爐、KRW 爐和CFB 氣化爐）；氣流床（K-T 爐、Texaco 爐、Shell 爐、Prenflo 爐、GSP 爐、航天爐）等。
煤氣化技術(shù)種類較多，發(fā)展較快，各種爐型在中國都有過實驗，中國可謂是世界煤氣化爐的“博物館”。
HT-L 航天爐粉煤氣化工藝是由航天長征化學工程股份有限公司開發(fā)的先井煤氣化工藝，是一種以干煤粉為原料，采用激冷流程生產(chǎn)粗合成氣的工藝。HT-L 粉煤氣化工藝采用了盤管式水冷壁氣化爐，頂燒式單燒嘴，粉煤干法進料及濕法除渣，在較高溫度1450 ℃及壓力[4.0MPa(G)] 下，以純氧及少量水蒸氣為氣化劑在氣化爐中對煤進行氣化。
本文對某采用航天粉煤氣化工藝的煤化工工程項目儀表自動化技術(shù)應用情況進行介紹。
1 工程設計
1.1 工程概況
本項目擬利用某煤業(yè)集團豐富的煤炭資源，采用航天粉煤氣化工藝煤制合成氨及后續(xù)化工產(chǎn)品。本項目的工藝裝置包括：氣化、空分、變換、硫回收（酸性氣制硫酸）、脫硫脫碳、合成氣壓縮、氨冰機、氨合成、液氮洗、罐區(qū)、尿素裝置、硝酸裝置及硝銨裝置等主裝置和循環(huán)水場、脫鹽水、污水處理及鍋爐房等輔助生產(chǎn)裝置。其中氣化裝置包括磨煤及干燥、煤加壓及進煤、氣化及合成氣洗滌、渣及灰水處理等。根據(jù)“爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范”，上述裝置區(qū)除循環(huán)水場、脫鹽水、污水處理、鍋爐房、二氧化碳壓縮及空分裝置為非防爆區(qū)外，其余生產(chǎn)裝置均劃分為“2區(qū)”。氣化裝置生產(chǎn)原料為煤粉，生產(chǎn)過程中不但產(chǎn)生CH3OH、CO、H2、CH4等易燃、易爆介質(zhì)，也產(chǎn)生CO、H2S、NH3等有毒有害氣體。另外高溫、高壓、深冷、腐蝕、堵塞、磨損、結(jié)晶等也是本工程儀表選型所考慮的主要問題。
1.2 總體目標
本項目設置先井、可靠、完備的儀表和控制系統(tǒng)，以確保生產(chǎn)裝置安全、平穩(wěn)、長周期、高質(zhì)量的運行，實現(xiàn)企業(yè)的Zui大利潤。總體目標如下：
1）人員健康、安全及環(huán)境保護方面達到高的標準。
2）在過程檢測、常規(guī)控制及先井控制方面達到行業(yè)先井水平。
3）選用高性能、高可靠性和高性價比的儀表及控制系統(tǒng)，避免因儀表及控制系統(tǒng)故障引起裝置非計劃停工。
4）儀表與控制系統(tǒng)供應商具有優(yōu)良的信譽和集成化，具有良好的操作培訓支持和維護支持，實現(xiàn)Zui少的維護人員配置和Zui少的備品備件。
5）提供先井的工廠信息管理和控制一體化的數(shù)據(jù)平臺，做到信息準確、資源共享，為生產(chǎn)和營銷決策提供實時、可靠的依據(jù)。
1.3 總體規(guī)劃
1.3.1 自動控制水平
1）本設計遵循“技術(shù)先井、經(jīng)濟合理、運行可靠、操作方便”的原則。
2）本工程主生產(chǎn)裝置的監(jiān)視、控制和管理由分散型控制系統(tǒng)（DCS）完成，在中心控制室（CentreControl Room － CCR）進行集中操作和管理。
3）安全儀表系統(tǒng)（SIS）獨立于DCS系統(tǒng)單獨設置。
4）各中心控制室的主要控制系統(tǒng)均應設置與全廠管理網(wǎng)的通信接口，提供全廠生產(chǎn)運行管理層（MES）所需的數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)基礎。
5 ） 本項目過程控制層包括分散控制系統(tǒng)（DCS）、安全儀表系統(tǒng)（SIS）、透平／壓縮機組控制系統(tǒng)（CCS）、可燃/有毒氣體檢測系統(tǒng)（GDS）和設備包控制系統(tǒng)（PLC）等部分。DCS系統(tǒng)是全廠控制系統(tǒng)的基礎，其他控制系統(tǒng)通過網(wǎng)絡通信將過程數(shù)據(jù)傳送到DCS。
1.3.2 控制室及機柜室的設置
1）概述
本工程采用中心控制室和現(xiàn)場機柜室（ F i e l dAuxiliary Room－FAR）分離設置方式。生產(chǎn)裝置的控制系統(tǒng)操作站設置在相應的中心控制室，過程控制單元設置在相應的現(xiàn)場機柜室。
現(xiàn)場儀表信號通過電纜連接到現(xiàn)場機柜室，從現(xiàn)場機柜室到中心控制室的信號傳輸采用冗余光纜。
操作管理人員在中心控制室完成生產(chǎn)裝置控制、監(jiān)視、報警及報表等操作。
現(xiàn)場機柜室設置移動工程師站，用于開車前系統(tǒng)調(diào)試和維護等工作。
中心控制室設置各控制系統(tǒng)的工程師站，用于控制系統(tǒng)組態(tài)及維護。
2）中心控制室
中心控制室設置在非爆炸危險區(qū)域，采用抗爆結(jié)構(gòu)。
本工程設置一個中心控制室，負責全廠各裝置的操作管理。
3）現(xiàn)場機柜室
現(xiàn)場機柜室設置在非爆炸危險區(qū)域，采用整體抗爆結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場機柜室依據(jù)工廠總平面布置、與中心控制室的關(guān)系等條件，按裝置或多個生產(chǎn)單元聯(lián)合設置。現(xiàn)場機柜室的設置靠近相應的工藝裝置，便于工程實施，合理減少電纜長度、節(jié)省工程費用等。
現(xiàn)場機柜室包括機柜室、空調(diào)機室、UPS室、工程師室、備品備件室等。
1.3.3 網(wǎng)絡安全
為避免網(wǎng)絡遭受外界的惡意攻擊及網(wǎng)絡病毒感染，同時為避免控制系統(tǒng)內(nèi)及系統(tǒng)間因非必要信息的大量傳輸而導致的網(wǎng)絡崩潰，采取如下網(wǎng)絡安全措施。
1）控制系統(tǒng)內(nèi)的網(wǎng)絡安全
現(xiàn)場機柜室至中心控制室的通信采用工業(yè)級冗余網(wǎng)絡交換機。各控制系統(tǒng)應采用分層控制網(wǎng)絡，各層之間應有嚴格的訪問控制權(quán)限，采用冗余網(wǎng)絡交換機及冗余容錯技術(shù)，使通信節(jié)點具有多路徑選擇能力。
控制系統(tǒng)應具有網(wǎng)絡狀態(tài)的實時診斷功能。網(wǎng)絡交換機應具有預設置功能，使內(nèi)部數(shù)據(jù)優(yōu)先通信，控制器信息應具有Zui高優(yōu)先級。
控制系統(tǒng)應具有域隔離功能。各網(wǎng)段間的通信采用有路由功能的網(wǎng)絡交換機，不應將服務器作為網(wǎng)絡交換機來使用。
控制系統(tǒng)網(wǎng)絡應設置防病毒服務器，控制系統(tǒng)應具有備份和恢復功能。
2）DCS 系統(tǒng)與第三方設備間的網(wǎng)絡安全
DCS 系統(tǒng)與第三方設備間的通信采用RS485接口，Modbus-RTU協(xié)議，不應將服務器作為網(wǎng)絡交換機來使用。網(wǎng)絡應拒絕接受控制器不需要的所有信息，對不重要的信息流進行控制。
3）過程控制網(wǎng)絡與工廠信息網(wǎng)路通信安全
過程控制網(wǎng)絡與工廠信息網(wǎng)絡通信應采用防火墻隔離。
4）全廠各控制系統(tǒng)應設置時鐘同步設施。
1.3.4 系統(tǒng)集成
在中心控制室集成各DCS系統(tǒng)的過程控制網(wǎng)，并統(tǒng)一經(jīng)防火墻與工廠信息管理網(wǎng)連接。以太網(wǎng)是實現(xiàn)信息交換的主干網(wǎng)絡，網(wǎng)絡接口和通信要求必須保證速度快、負荷低、可靠、安全。SIS、CCS等系統(tǒng)具有各自特有的功能，在自成系統(tǒng)的同時，具有與DCS通信的功能。SIS、CCS等系統(tǒng)采用RS485接口，Modbus-RTU 協(xié)議與DCS進行通信，通信接口冗余配置。
過程控制層和生產(chǎn)管理層采用OPC的通信方式，在過程控制層設置實時數(shù)據(jù)庫，為管理層的關(guān)系數(shù)據(jù)庫提供生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺。
1.4 控制系統(tǒng)設計原則
1.4.1 分散型控制系統(tǒng)（DCS）
DCS系統(tǒng)完成各生產(chǎn)裝置的基本過程控制、操作、監(jiān)視、管理，順序控制、工藝聯(lián)鎖和部分先井控制等功能。
DCS系統(tǒng)由操作站、輔助操作臺、打印機、大屏幕顯示器、PC機、控制站、I/O 機柜、安全柵或/及端子柜、配電柜及網(wǎng)絡設備等組成。中心控制室設置工程師站用于組態(tài)維護，故障診斷等工作。各中心控制室設公共的硬件平臺及以太網(wǎng)接口用于連接全廠信息管理系統(tǒng)。控制站配置冗余的串行通信接口連接SIS、CCS、GDS、設備包PLC等系統(tǒng)。
DCS系統(tǒng)采用冗余技術(shù)與自診斷技術(shù)，DCS系統(tǒng)的供電單元、中央處理器卡、通信卡、電源卡、接口卡、重要控制回路的AI/AO卡件、重要檢測回路中的AI/AO卡件應冗余配置。
1.4.2 安全儀表系統(tǒng)（SIS）
根據(jù)各生產(chǎn)裝置不同的特點，重要的安全聯(lián)鎖保護、緊急停車系統(tǒng)及關(guān)鍵設備聯(lián)鎖保護應設置SIS系統(tǒng)。SIS系統(tǒng)設置在現(xiàn)場機柜室，各裝置獨立設置控制器，以確保人員及生產(chǎn)裝置、重要機組和關(guān)鍵設備的安全。SIS系統(tǒng)按照IEC61508 中規(guī)定的SIL3 級設計，采用由TUV 安全認證的雙重化、三重化（TMR）或四重化（QMR）的可編程序控制器完成裝置的緊急停車（Emergency Shut-Down – ESD）。SIS系統(tǒng)按照故障安全型設計，與DCS系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)通信,在DCS系統(tǒng)操作站上顯示報警及打印。SIS系統(tǒng)設工程師站和順序事件記錄站（Sequence Event Recorder-SER），操作及顯示報警通過輔助操作臺上的開關(guān)、按鈕和DCS系統(tǒng)的操作站來完成。
1.4.3 壓縮機控制系統(tǒng)（CCS）
根據(jù)生產(chǎn)裝置的需要， 設置壓縮機控制系統(tǒng)（CCS），完成壓縮機組的調(diào)速控制、防喘振控制、負荷控制及安全聯(lián)鎖保護等功能，并與裝置的DCS進行通信使操作人員能夠在DCS上對機組進行監(jiān)視和控制。壓縮機控制系統(tǒng)采用三重化或雙重化的冗余、容錯系統(tǒng)。
對于較簡單的機組控制（如往復式壓縮機），機組的監(jiān)控可由DCS完成，機組的安全聯(lián)鎖保護由SIS完成。
1.4.4 可燃/有毒氣體檢測系統(tǒng)（GDS）
可燃氣體、有毒氣體檢測系統(tǒng)（GDS）以現(xiàn)場機柜室（FAR）（或生產(chǎn)裝置）為單位獨立設置。生產(chǎn)裝置內(nèi)可能泄漏或聚集可燃、有毒氣體的地方，分別設有可燃、有毒氣體檢測器，根據(jù)其布置情況設置現(xiàn)場聲光報警設備，同時將信號接至GDS系統(tǒng)，GDS系統(tǒng)將信號通信至DCS系統(tǒng)，在中心控制室內(nèi)設置專用的DCS操作站用于GDS系統(tǒng)的顯示報警。
1.4.5 設備包控制系統(tǒng)（PLC）
操作控制相對獨立或大型設備包的控制監(jiān)視和安全聯(lián)鎖原則上采用獨立的設備包控制系統(tǒng)。與DCS系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信，操作人員能夠在DCS操作站上對設備包的運行進行監(jiān)視與操作。
設備包的現(xiàn)場儀表設計原則上與主裝置一致，現(xiàn)場控制盤的功能要盡量少。應統(tǒng)一設備包PLC系統(tǒng)的制造商，降低備品備件及生產(chǎn)維護費用。
1.5 儀表與自動化設備
1.5.1 儀表選型與設計原則
1）一般原則
根據(jù)各裝置的生產(chǎn)規(guī)模、流程特點、操作要求和自動控制水平，選擇技術(shù)先井、性能可靠、價格合理的儀表和自動控制設備，供貨商應具有良好的售后服務和技術(shù)支持。
SIS用關(guān)鍵的現(xiàn)場儀表應獨立設置。
同時參與安全聯(lián)鎖和控制時，現(xiàn)場儀表應在現(xiàn)場分別獨立設置。當無法獨立設置時，采用信號分配器，現(xiàn)場儀表供電由SIS系統(tǒng)提供。
2）儀表防護
現(xiàn)場儀表的選用應滿足工廠所在地的地域氣候環(huán)境要求。現(xiàn)場安裝的電子式儀表應至少滿足IEC60529和GB4208標準規(guī)定的IP65的防護等級，非電子式的現(xiàn)場儀表應至少滿足IP55的防護等級。
3）儀表防爆
所有現(xiàn)場安裝的電子式儀表應根據(jù)危險區(qū)域的等級劃分，選用符合IEC60079標準或GB3836標準，具有國家防爆合格證的產(chǎn)品。
1.5.2 溫度儀表
就地溫度指示采用國產(chǎn)雙金屬溫度計。
集中顯示和控制的測溫元件采用合資（或引進技術(shù)）生產(chǎn)的熱電阻（Pt100）或相應分度的熱電偶。含煤粉、固體顆粒的介質(zhì)配套耐磨型護套；設備表面及管道表面溫度測量采用表面溫度計和一體化（或分體）溫度變送器。
溫度計保護套管的材質(zhì)根據(jù)工藝介質(zhì)的特性選取，應優(yōu)于管道（或設備）所用材質(zhì)；至少與管道（或設備）所用材質(zhì)相當。
氣化爐高溫高壓測溫裝置包括氣化爐爐壁測溫和爐膛測溫在內(nèi)的專用溫度儀表。由于氣化爐反應溫度高，負荷大，尤其國內(nèi)煤種類型多，煤種不穩(wěn)定，操作過程中爐膛溫度波動大，溫度場分布不均，容易造成局部溫度過高，因此對氣化爐運行溫度控制的要求很高，如何快速準確的獲得氣化爐運行過程中的溫度，尤其是關(guān)鍵部位的溫度變得極為重要，直接影響氣化爐能否正常運行和經(jīng)濟運行。高溫高壓測溫裝置設計有直插式和埋入式兩種測溫裝置。
1.5.3 壓力儀表
就地壓力指示，根據(jù)被測介質(zhì)的特性和使用環(huán)境，選用相應材質(zhì)的國產(chǎn)（或引進技術(shù)）產(chǎn)品，如彈簧管不銹鋼壓力表、隔膜壓力表或膜片壓力表等。
對于脈動場合，如泵的排出管線等，選用耐震壓力表。
對于強腐蝕性、含煤粉、固體顆粒、高黏度等介質(zhì)，選用隔膜壓力表或膜片壓力表。
集中壓力測量采用合資（或引進技術(shù)）生產(chǎn)的智能型電動壓力變送器，含煤粉、固體顆粒的介質(zhì)采用法蘭遠傳壓力變送器或采用吹氣法測量方式。
只用于壓力集中報警、聯(lián)鎖的壓力測量采用合資（或引進技術(shù)）生產(chǎn)的非指示型壓力開關(guān)。
集中差壓測量采用合資（或引進技術(shù)）生產(chǎn)智能型電動差壓變送器，含煤粉、固體顆粒的介質(zhì)采用法蘭式遠傳差壓變送器或采用吹氣法測量方式。
1.5.4 流量儀表
就地流量指示采用合資（或引進技術(shù)）生產(chǎn)的金屬管轉(zhuǎn)子流量計。
一般干凈介質(zhì)（液體、氣體、蒸汽）的流量測量，根據(jù)工況不同分別選用國產(chǎn)標準節(jié)流裝置、渦街流量計、楔形流量計。對于微壓損、低流速流體流量測量，采用平衡流量計，其永久壓力損失約為孔板的1/3，大大減少流體運行所需的能量消耗。
對于中小流量和微小流量，要求量程比不大于10:1的場合，儀表公稱直徑DN≤80mm，且要求精度不高于1.5級時，采用合資（或引進技術(shù)）生產(chǎn)的帶遠傳指示的金屬管轉(zhuǎn)子流量計。
對于大口徑管道的流量測量，采用巴類流量計。
對于灰水，黑水等含有固體顆粒介質(zhì)的液固兩相流的流量測量，采用合資（或引進技術(shù)）生產(chǎn)的楔形差壓流量計和電磁流量計等。
項目所采用的粉煤流量計采用微波測量原理的粉煤流量計，避免了因采用輻射式粉煤流量計帶來的安裝、使用、維護等方面的困難。
1.5.5 液位儀表
就地液位指示采用磁翻板液位計。
大多數(shù)液面連續(xù)測量的場合，采用合資（或引進技術(shù)）生產(chǎn)的磁致伸縮液位計或差壓式液位儀表。并根據(jù)使用場合的不同，采用了較多的吹氣法、沖洗水法差壓式液位儀表。
渣池、攪拌罐等選用雷達式或超聲波式液位計。
對于煤粉倉等粉料料位的測量，采用微波式料位開關(guān)或輻射式料位開關(guān)以及采用合資（或引進技術(shù)）生產(chǎn)的射頻導納式料位開關(guān)。
1.5.6 分析儀表
根據(jù)工藝要求，采用不同的分析儀表對介質(zhì)進行在線連續(xù)分析，如紅外線氣體分析儀、CO/CO2雙組分分析儀、工業(yè)色譜儀、氧化鋯氧分析儀、激光分析儀、電導率儀、NH3分析儀、CO分析儀、CO2分析儀、微量H2O分析儀、總硫分析儀和氣體分析儀等分析儀表，在線分析儀應帶有網(wǎng)絡通信接口，能夠接入工業(yè)以太網(wǎng)（TCP／IP協(xié)議）構(gòu)成在線分析儀系統(tǒng)；也可通過串行通信接口（Modbus-RTU）與DCS進行數(shù)據(jù)通信。
在線分析儀一般選用單流路系統(tǒng)。如果不同流路的測量元件在相同范圍內(nèi)，并且生產(chǎn)工藝對較長的響應時間能夠接受時，可選用多流路氣體／液體分析儀。
1.5.7 調(diào)節(jié)閥
控制閥的選用根據(jù)工況，分別選用球型閥、蝶閥或調(diào)節(jié)閥。
氣化裝置中，煤粉加壓輸送系統(tǒng)中關(guān)鍵的切斷閥、三通閥、調(diào)節(jié)閥，灰渣系統(tǒng)的鎖渣閥、黑水調(diào)節(jié)角閥，氧氣及氧氣相關(guān)系統(tǒng)的切斷閥和調(diào)節(jié)閥等，均為隨工藝包配套提供的專有特種閥門。
2 安裝調(diào)試
煤氣化裝置工藝復雜，自動化程度高，聯(lián)鎖邏輯及控制復雜，對操作要求很高。航天工程公司作為專業(yè)化工程公司，不僅為用戶提供工程設計服務，還提供開車服務。本工程作為航天煤氣化工藝大爐型示范裝置，各方高度重視安裝調(diào)試工作。為了確保一次開車成功，著重開展了以下兩項工作。
2.1 建立操作員仿真培訓系統(tǒng)（OTS），開展操作員仿真培訓
操作員仿真培訓系統(tǒng)主要應用于操作員工藝操作培訓、操作規(guī)程的完善、企業(yè)安全生產(chǎn)演練、事故演習、工藝狀況研究、操作員上崗前考核等工作，為用戶的整個生產(chǎn)過程提供真實的模擬操作環(huán)境，目前越來越多的用戶開始接受這種直觀的培訓和試驗手段。
OTS 模擬DCS 上的操作功能，實現(xiàn)生產(chǎn)裝置的仿真操作，用于培訓操作人員的操作技能，包括開車、正常生產(chǎn)、正常停車、緊急停車、工藝切換和負荷調(diào)整等，并對操作人員的操作技能給予評估和考核。OTS系統(tǒng)使用獨立的內(nèi)部局域網(wǎng)，網(wǎng)絡節(jié)點包括仿真計算機、教學工作站、培訓操作站和外圍設備等。OTS系統(tǒng)同時提供培訓操作軟件，開發(fā)和維護仿真模型，進行DCS 系統(tǒng)的組態(tài)。教學工作站軟件可建立表格、畫面和趨勢顯示，并能跟隨模型的仿真變量進行變化。培訓操作站具有與DCS 系統(tǒng)操作站相同的功能。OTS 系統(tǒng)與DCS 系統(tǒng)組態(tài)相同，包括儀表位號、數(shù)據(jù)、報警、量程、回路說明等；OTS 系統(tǒng)仿真模型的流程圖和趨勢畫面與DCS 系統(tǒng)相一致。
2.2 控制系統(tǒng)調(diào)試
煤氣化工藝聯(lián)鎖邏輯設計復雜嚴密，復雜控制回路多，為確保一次開車成功，自控設計人員除了對系統(tǒng)組態(tài)進行仔細的檢查外，還配合業(yè)主完成以下工作。
1）系統(tǒng)硬件功能測試：包括通電測試、冗余模塊自動切換及在線插拔等功能測試。
2）I/O（輸入/輸出）通道測試：在裝置電纜連接結(jié)束后，進行檢測回路的系統(tǒng)調(diào)校，主要工作包括核對信號的量程、工程單位，檢查卡件有無損壞、系統(tǒng)點組態(tài)是否正確、儀表是否調(diào)校準確、信號線是否接好等。
3）控制回路功能測試：測試時主要檢查回路的調(diào)節(jié)功能，例如正反作用方式、PID參數(shù)設定、測量跟蹤以及其他一些特定功能（如輸出限位等、無擾動切換等）。
4）報警、聯(lián)鎖、順控系統(tǒng)功能測試：包括核對信號的報警、聯(lián)鎖值，測試時通過信號線短接、信號強制、信號旁路等手段，逐個條件進行測試，判斷輸出信號與要求的信號是否一致。
5）系統(tǒng)整體調(diào)試：在試車的第二個階段，即聯(lián)動試車階段，儀表全部投入運行，進行系統(tǒng)整體調(diào)試，對系統(tǒng)軟硬件進行全面檢查和確認。
本工程在各方努力下，按照項目整體進度要求，有序開展安裝調(diào)試工作，Zui終一次開車成功，確保了項目的順利進行。
3 運行維護
本工程一次開車成功并順利投產(chǎn)后，儀表自動化設備總體運行穩(wěn)定可靠，提升了工廠的生產(chǎn)操作和管理水平，保障了裝置的正常運行。為了向用戶提供更深層次的服務，同時也為了滿足航天工程公司本身的需求，依托本工程，研制完成了航天爐遠程服務系統(tǒng)的試點項目，本節(jié)內(nèi)容對此系統(tǒng)進行介紹。
3.1 概述
航天長征化學工程股份有限公司作為煤氣化行業(yè)內(nèi)典型的專業(yè)化工程公司，依托具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先井煤氣化專Li技術(shù)和關(guān)鍵設備，專業(yè)從事煤氣化工程設計或工程總承包，在煤氣化工程領(lǐng)域形成了技術(shù)研發(fā)、工程設計、設備成套、工程管理及全生命周期服務的核心能力。隨著公司煤氣化裝置投產(chǎn)項目的逐漸增多，為了便于及時掌握各現(xiàn)場氣化裝置運行情況，進行數(shù)據(jù)回歸和分析，優(yōu)化設計，為裝置長周期運行提供保障，為用戶提供增值服務，同時為遠程故障診斷及智能控制提供技術(shù)基礎和技術(shù)儲備，在航天工程公司北京總部科研大樓建立煤氣化裝置遠程服務中心，對各裝置現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)采集、運行情況監(jiān)視、故障預判和遠程操作指導等工作。
3.2 系統(tǒng)總體功能設計
煤氣化裝置遠程服務系統(tǒng)的研究目的是為了便于公司及時掌握各現(xiàn)場氣化裝置運行情況，進行數(shù)據(jù)回歸和分析，為優(yōu)化設計提供有力的數(shù)據(jù)支撐；同時進行氣化裝置運行情況監(jiān)視，及時作出故障預判，開展遠程操作指導等工作，為裝置長周期運行提供保障，為用戶提供增值服務；另外還可為將來開展遠程故障診斷及智能控制提供技術(shù)基礎和技術(shù)儲備。
系統(tǒng)主要完成以下目標：
1）采集各地氣化裝置DCS過程數(shù)據(jù)，傳至北京遠程服務中心并存儲, 建立實時和歷史數(shù)據(jù)庫。
2）在北京遠程服務中心通過高分辨率液晶顯示器及DLP大屏幕，直觀的動態(tài)顯示各地氣化裝置工藝流程的實時工況、各工藝參數(shù)的趨勢畫面、報警信息，使工程技術(shù)人員及時掌握各地氣化裝置的運行情況。
3）北京遠程服務中心不具備操作功能，不參與控制，數(shù)據(jù)傳輸為單向數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)“監(jiān)而不控”。
4）具備WEB瀏覽功能，授權(quán)人員可在各地隨時通過移動終端（手機、iPAD等）、電腦等掌握現(xiàn)場裝置運行情況。
5）具有短信通知服務功能，重要報警信息及工藝參數(shù)自動推送至相關(guān)授權(quán)人員手機上。
6）系統(tǒng)具備良好的可擴展性，滿足今后系統(tǒng)擴容的需要。
7）具備數(shù)據(jù)緩存功能，支持斷點續(xù)傳功能，當通訊網(wǎng)絡故障時，數(shù)據(jù)可保存一定時間，待故障消除后，自動將數(shù)據(jù)上傳到北京監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫。
8）具備完善的權(quán)限管理功能，實現(xiàn)分級管理。
3.3 數(shù)據(jù)采集、傳輸及應用系統(tǒng)設計
為保障系統(tǒng)安全性和可靠性，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須獨立于裝置操作運行層，和裝置現(xiàn)場控制層完全脫離，并通過VPN對采集的數(shù)據(jù)進行傳輸。同時，為開展各種應用服務功能，在總部設計一套氣化裝置運行數(shù)據(jù)信息綜合管理平臺，用于數(shù)據(jù)管理、信息發(fā)布等功能。
3.3.1 系統(tǒng)性能
3.3.1.1 安全性
系統(tǒng)安全性是本項目研究的重點，包括數(shù)據(jù)采集和傳輸。為了打消用戶出于安全方面的疑慮，保證數(shù)據(jù)采集和傳輸對控制系統(tǒng)的正常運行不會構(gòu)成影響，本項目必須具備“監(jiān)而不控”的功能，這就決定了必須采用單向數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，不能向控制層傳送數(shù)據(jù)；同時，需具備完善的信息隔離技術(shù)，包括硬件防火墻、網(wǎng)關(guān)技術(shù)、防病毒技術(shù)等，確保系統(tǒng)網(wǎng)絡安全，防止系統(tǒng)受到黑客的攻擊和病毒的侵擾，保證數(shù)據(jù)不被非法讀取和修改。
3.3.1.2 可靠性
本項目包括多個子系統(tǒng)，除了保證系統(tǒng)整體穩(wěn)定可靠外，重點研究數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕@是系統(tǒng)整體運行穩(wěn)定可靠的基礎。
隨著工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，遠程監(jiān)控的需求越來越多，而選擇Zui優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸方式，可以提高數(shù)據(jù)傳輸安全性和穩(wěn)定性，并Zui大化的節(jié)省費用。一般遠程監(jiān)控通常采用無線方式，然而無線通訊比較容易受到干擾，GPRS等方式不能提供大數(shù)據(jù)量的穩(wěn)定傳輸，無法突破城市之間的超遠距離遠程監(jiān)控，難以滿足工業(yè)需求，同時如果數(shù)據(jù)傳輸量較大，則運行費用比有線方式貴很多。在這種情況下，采用VPN和OPC的方式是一個較為理想的選擇。
VPN（Virtual Private Network）是利用IP網(wǎng)絡來傳輸私有信息而形成的邏輯網(wǎng)絡，從而為用戶提供高安全性，且比專線價格低廉的資源共享和互連服務,它具有同客戶原有的私有網(wǎng)絡相同的安全性、優(yōu)先級特性、易管理性和穩(wěn)定性。OPC則可以提供高速的數(shù)據(jù)傳輸性能，具有分布式COM的安全管理機制，并且開發(fā)簡單。結(jié)合VPN和OPC開發(fā)的應用程序，不僅代碼數(shù)量少，而且可以遠程維護，非常適合本項目數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)囊蟆?
3.3.1.3 可擴展性
考慮到隨著煤氣化裝置投產(chǎn)項目的逐漸增多，本項目方案不僅要滿足現(xiàn)階段監(jiān)控系統(tǒng)的要求，同時還要滿足未來系統(tǒng)擴容時，仍然能夠滿足整體的技術(shù)要求。因此，在系統(tǒng)設計中，要符合行業(yè)標準和國際標準，重點考慮通用性和靈活性，以便在未來系統(tǒng)擴容時，無需更改或僅做少量更改即可滿足新的要求，并且不影響原系統(tǒng)的正常運行。
3.3.2 系統(tǒng)設計
建立遠程服務系統(tǒng)的目的是搭建一個以北京總部為中心，以各地煤氣化生產(chǎn)裝置現(xiàn)場實時過程控制數(shù)據(jù)為基礎的綜合信息管理平臺，實現(xiàn)對裝置的生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)測，使管理層能夠就近、實時了解裝置的運行狀況，為技術(shù)研究及管理層管理決策提供可靠的依據(jù)，并為以后的技術(shù)升級、維護提供數(shù)據(jù)支撐。
遠程服務系統(tǒng)按項目要求為：裝置現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)遠程傳輸、總部集中遠程服務平臺。
3.3.2.1 裝置現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
利用與實時數(shù)據(jù)庫配套的專用數(shù)據(jù)采集程序，通過智能單向隔離網(wǎng)閘，實現(xiàn)對裝置實時運行數(shù)據(jù)的單向采集，并將實時數(shù)據(jù)同步存儲到數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)發(fā)服務器中。
智能單向隔離網(wǎng)閘是專為企業(yè)過程控制系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)之間進行單向物理隔離而開發(fā)的網(wǎng)絡安全隔離設備，負責從各個DCS中采集數(shù)據(jù)，送到實時數(shù)據(jù)庫中；隔離網(wǎng)閘集成了針對不同DCS系統(tǒng)設計的數(shù)據(jù)采集程序，同時以硬隔離的方式實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的安全防護。
數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)發(fā)服務器負責采集氣化裝置生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，具備數(shù)據(jù)緩存功能，支持斷點續(xù)傳功能，保存實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。
3.3.2.2 VPN虛擬專網(wǎng)
借助公網(wǎng)專用技術(shù)，搭建數(shù)據(jù)上傳通道，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾⒎€(wěn)定。在裝置現(xiàn)場與北京總部端分別部署VPN設備，搭建站點到站點的虛擬專用網(wǎng)絡。
目前提供專網(wǎng)接入的網(wǎng)絡運營商國內(nèi)主要是電信、網(wǎng)通、聯(lián)通3家，目前北京總部中心外網(wǎng)使用電信網(wǎng)絡，各裝置現(xiàn)場一般根據(jù)當?shù)厍闆r選擇不同運營商。通過在VPN設備上增加跨運營商加速模塊來彌補現(xiàn)有接入系統(tǒng)可能會造成的網(wǎng)絡傳輸波動。
3.3.2.3 總部系統(tǒng)設計
通過在北京總部部署實時數(shù)據(jù)庫與企業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化管控平臺，實現(xiàn)裝置現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集服務器采集數(shù)據(jù)與總部數(shù)據(jù)庫之間的通訊，利用STS接口協(xié)議，借助VPN虛擬專用網(wǎng)絡，實現(xiàn)總部數(shù)據(jù)庫采集生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，并圍繞總部數(shù)據(jù)庫展開各種應用功能。
通過部署移動客戶端應用服務支持程序，實現(xiàn)在手機、IPAD等智能移動終端的瀏覽，不受移動客戶端操作系統(tǒng)、品牌的限制。
通過在總部搭建內(nèi)部辦公網(wǎng)絡，各工作站通過直接訪問應用服務器實現(xiàn)各種管理應用，包括流程圖監(jiān)視、流程圖回放、歷史趨勢查詢、報警事件記錄、報表生成與打印等。
生產(chǎn)裝置在日常運行的過程中，可能某幾個關(guān)鍵指標會對整個裝置的安全具有非常重要的影響，正常生產(chǎn)過程中，這幾個指標基本不會產(chǎn)生變化，但是一旦變化，將會對整個裝置的安全運行產(chǎn)生重要影響，由于其超限的概率極低，容易造成監(jiān)控人員會對其數(shù)據(jù)變化產(chǎn)生麻痹大意，為了避免這種情況發(fā)生，系統(tǒng)支持對某些重要信息的短信推送，通過及時傳送給相關(guān)崗位領(lǐng)導或技術(shù)負責人員，及時處理，來避免安全事故的發(fā)生。
3.4 信息展示系統(tǒng)設計
在超大屏幕顯示系統(tǒng)項目中，需要對大屏幕上的圖像實時切換、拼接、放大顯示，拼接技術(shù)的應用已經(jīng)成為主流。
在本項目中，采用先井、成熟、實用、可靠的大屏幕投影顯示技術(shù)與設備，一方面可實時、真實、清晰、方便地將各地煤氣化裝置的運行情況、聯(lián)網(wǎng)的其他計算機信號和獨立的計算機信號以及各種視頻信號等在大屏幕投影顯示墻上顯示，以利于各級領(lǐng)導及專家及時的處理緊急事件，高效率的對事態(tài)的發(fā)展趨勢、處置方案等進行分析、決策；另一方面，它也作為公司遠程服務系統(tǒng)建設項目的一個亮麗的窗口，在對外宣傳及提升企業(yè)形象等方面起到獨特和重要的作用。
3.4.1 技術(shù)方案
大屏幕拼接顯示設備從出現(xiàn)至今的發(fā)展過程中相繼出現(xiàn)了3種主流技術(shù)，即：DLP（Digital LightProcession）背投拼接單元、PDP等離子拼接單元和LCD液晶拼接單元。目前，受限于整體PDP產(chǎn)業(yè)的凋零及其相對較高的成本，PDP等離子技術(shù)逐漸退出主流市場，同時，LED拼接顯示技術(shù)進入市場。
遠程服務中心的大屏幕顯示單元主要用于流程畫面和關(guān)鍵數(shù)據(jù)參數(shù)的顯示，并且以全屏圖像顯示為主，分屏顯示為輔。LCD液晶拼接雖具有超薄輕巧、低功耗、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢特點，但較大的拼接拼縫使其影響全屏圖像的顯示以及數(shù)據(jù)參數(shù)的顯示，因此不適合本項目；同時，由于房間縱深有限， LED顯示墻分辨率低，不適合近距離長時間觀看，因此也不適合本項目。
綜合上述因素，根據(jù)本項目大屏幕顯示系統(tǒng)的技術(shù)需求，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，Zui終采用DLP拼接系統(tǒng)。
3.4.2 系統(tǒng)集成
本系統(tǒng)采用巴可MVL-721 70寸顯示單元，由8臺MVL-721顯示單元拼接墻體組成，采用2行×4列拼接方式。
DLP顯示單元：包括投影機、屏幕、光源等，用于數(shù)據(jù)、流程畫面等信息展示。
拼接控制器：滿足信號顯示的全部要求，支持多屏幕拼接顯示中對任一尺寸的顯示實現(xiàn)單一邏輯屏操作和控制。
控制電腦/管理軟件：對所有需要在大屏幕投影顯示墻上顯示的應用進行全面管理，安排各類應用顯示的區(qū)域和時間表；通過簡單的路徑、圖標或模板實現(xiàn)窗口的打開、關(guān)閉、移動、縮放等應用操作；提供多級安全保障管理功能，可設置多種操作等級或權(quán)限。
集中控制系統(tǒng)：通過NEW IPAD觸摸屏對所需設備進行實時控制，包括視頻信號切換、顯示模式調(diào)整、燈光分區(qū)及亮暗控制、窗簾和空調(diào)設備控制等。
4 工程創(chuàng)新總結(jié)
主要工程創(chuàng)新如下。
1）建立了操作員仿真培訓系統(tǒng)（OTS）
煤化工等大型流程化工行業(yè)在我國國民經(jīng)濟中的地位是非常重要的，其工藝設備逐漸大型化，自動控制水平也越來越高，因而對生產(chǎn)運行人員的操作能力與水平有了更高的要求。通過使用仿真培訓系統(tǒng)，讓操作人員熟練掌握遇到一些常見事故情況如何進行操作處理，可以減少突發(fā)性事故和誤操作，減少非正常停工，可為企業(yè)保持預計的經(jīng)濟效益，減少能耗和設備維護費用。
2）建立了航天爐遠程服務系統(tǒng)
遠程服務系統(tǒng)是信息網(wǎng)絡技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)等多種技術(shù)共同發(fā)展的結(jié)果，其應用領(lǐng)域十分廣泛。本系統(tǒng)投用后，工程技術(shù)人員在北京監(jiān)控中心通過高分辨率液晶顯示器及DLP大屏幕，直觀動態(tài)的監(jiān)測各地煤氣化裝置工藝流程的實時工況、各工藝參數(shù)的趨勢畫面、報警信息，及時掌握各地裝置的運行情況，有效的開展了故障預判和遠程操作指導等工作，節(jié)約了大量往返奔波現(xiàn)場的成本。同時，用戶高管人員利用移動終端隨時隨地掌握本廠煤氣化裝置運行情況，為用戶提供了增值服務。同時，本系統(tǒng)投用后，成為公司一個良好的展示平臺，尤其是一些潛在客戶訪問公司時，可以讓客戶不必親臨裝置現(xiàn)場，即可了解各地氣化裝置的運行情況，加深客戶對公司技術(shù)能力的印象，提升客戶的滿意度。
